DESTILACION DEL PETROLEO INTRODUCCION:

Puede parecer sorprendente, pero el petróleo, tal cual, tiene poca utilidad. Su verdadero valor lo obtiene gracias al proceso de refino, que le extrae todo su jugo en forma de diferentes productos imprescindibles en nuestra vida diaria. Durante ese proceso, el crudo pasa por una primera fase, que es la unidad de destilación atmosférica. Es una columna en cuyo interior, ayudados por las elevadas temperaturas que se alcanzan, se van separando los diferentes elementos que se aglutinan en el petróleo: desde gases como el butano hasta las naftas que sirvan para formular gasolinas.

Aunque el petróleo contiene un pequeño porcentaje de compuestos como azufre o nitrógeno, básicamente, es una mezcla de diferentes compuestos orgánicos, sobre todo hidrocarburos (carbono e hidrógeno). Pero este puzle de compuestos varía de unas zonas a otras, dependiendo de los yacimientos de los que se extraiga

Esta diferencia de calidades es la que obliga a que no todas las refinerías sean exactamente iguales, aunque todas tienen la función de extraer el mayor provecho del crudo a través de diferentes procesos. Éstos deshacen las piezas del puzle del crudo para colocarlas en su lugar correspondiente, según su función y su capacidad de encajar después unas con otras para obtener diferentes productos.

De esa forma, la refinería mejora la calidad de los productos finales separando y modificando compuestos químicamente, eliminando impurezas y ajustando las especificaciones medioambientales.

OBJETIVOS: Es extraer los hidrocarburos presentes naturalmente en el crudo por

destilación. El petróleo crudo calentado se separa físicamente en distintas fracciones de

destilación directa, diferenciadas por puntos de ebullición específicos y clasificadas, por orden decreciente de volatilidad, en gases, destilados ligeros, destilados intermedios, gasóleos y residuo.

Obtener combustibles terminados y cortes de hidrocarburos que luego se procesarán en otras unidades.

Permite la separación de componentes en función de su punto de ebullición. Para que se produzca el fraccionamiento o separación

El proceso consiste en vaporizar el crudo y luego condensar los hidrocarburos en cortes definidos, modificando la temperatura a lo largo de la columna fraccionadora.

MARCO TEORICO:El proceso de separación más utilizado en la industria química es la destilación. Esta operación unitaria también es conocida como fraccionamiento o destilación fraccionada. La separación de los constituyentes se basa en las diferencias de volatilidad. En la destilación, una fase vapor se pone en contacto con una fase líquido, transfiriéndose masa del líquido al vapor y del vapor al líquido. Por lo general, el líquido y el vapor contienen los mismos componentes aunque en distintas proporciones. El líquido se encuentra a su temperatura de burbuja, mientras que el vapor en equilibrio está a su temperatura de rocío. En forma simultánea, se transfiere masa desde el líquido por evaporación y desde el vapor por condensación.Descripción de los procesos de destilación de crudos:La industria de la refinación del petróleo ha experimentado expansiones y cambios tremendos desde 1950. La materia prima básica para las refinerías es el petróleo o crudo. El petróleo puede definirse como una mezcla compleja de hidrocarburos que incluye gases con puntos de ebullición que van desde 0 ºC hasta compuestos asfálticos con puntos de ebullición superiores a los 600 ºC. Es por esta razón que el petróleo debe someterse al proceso de Refinación, donde generalmente, la primera etapa del proceso es la destilación. El proceso de destilación, se basa en separar el crudo en fracciones de acuerdo a sus puntos de ebullición. La destilación, se lleva a cabo normalmente en dos etapas, una a presiones superiores de la atmosférica (160 – 200 KPa) en las denominadas: Unidades de Destilación Atmosféricas, donde son recuperados los hidrocarburos livianos (metano hasta butano), los componentes de la gasolina y los destilados medios (Kerosene, Aceite de Calefacción y Diesel), y otra a presiones inferiores de la atmosférica (4,8 – 20 KPa) en las denominadas Unidades de Destilación al Vacío, las cuales tienen como finalidad separar la porción pesada del crudo (fondo atmosférico), en fracciones de hidrocarburos que presentan, a presión atmosférica, puntos de ebullición por encima de la temperatura a la cual comienza el craqueo o descomposición térmica (340 – 370°C). El craqueo se minimiza al reducir la presión parcial de los hidrocarburos, para con esto disminuir la temperatura de vaporización de las fracciones.

La destilación del petróleo

Cuando el petróleo crudo llega a la refinería se somete a un proceso esencial llamado “destilación fraccionada”

El primer paso para lograrlo es la destilación atmosférica. La unidad donde se lleva a cabo es una enorme columna que puede medir unos 60 metros de altura. En ella entra el crudo libre de agua y otras impurezas, como sales, que se eliminan previamente, y se calienta a una temperatura de hasta 370 grados.

En esta fase se separan distintas fracciones que forman el crudo, cada una con un rango de puntos de ebullición diferente. Por eso, según la temperatura, ascienden más o menos. Los compuestos con menor punto de ebullición, los más ligeros, se evaporan y ascienden por la columna. A medida que suben, la temperatura de la columna disminuye, por lo que algunos compuestos se condensan, y el líquido resultante desciende por la torre.

El interior de la columna se divide con una serie de platos agujereados y colocados en posición horizontal. Su misión es conseguir que las corrientes ascendentes de vapor y las descendientes de líquido entren en contacto y se produzca una mejor separación.

Así, los compuestos más ligeros, como el gas licuado del petróleo, o GLP, se van concentrando y extrayendo en la parte más alta de la columna, mientras que las fracciones más pesadas, como nafta, queroseno o gasóleo, se van sacando en niveles más bajos de la columna. En la base queda un residuo conocido como residuo atmosférico. Este residuo no se puede destilar en condiciones normales porque se descompone. Es necesario enviarlo a otra columna de destilación, esta vez a vacío, que seguirá separando distintos compuestos.

Y todos esos productos seguirán su camino por la refinería hasta llegar a convertirse en productos finales: GLP, gasolina, gasóleo, fuel oil, asfaltos, bases para lubricantes...

La destilación atmosférica en la ingeniería del petróleo, es la destilación que se realiza a una presión cercana a la atmosférica. Se utiliza para extraer los hidrocarburos presentes de forma natural en el crudo, sin afectar a la estructura molecular de los componentes.

Se basa en la transferencia de masa entre las fases líquido-gas de una mezcla de hidrocarburos, es necesario que exista un equilibrio entre las fases líquido y vapor, que es función de la temperatura y presión del sistema. Así los componentes de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y los de

peso mayor, en el líquido. Las columnas se diseñan para que el equilibrio líquido-vapor se obtenga de forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los productos deseados.

La fase líquida se obtiene mediante reflujos, que son reciclos de hidrocarburos que retornan a la columna después de enfriarse intercambiando calor con fluidos refrigerantes o con carga más fría. Su función es eliminar controladamente la energía cedida en el horno de precalentamiento.

La columna de destilación está rellena de bandejas de platos, que es donde se produce el equilibrio entre los vapores ascendentes y los líquidos que descienden.

En la zona de agotamiento o de despojamiento "stripping", situada en la parte inferior de la columna, se le inyecta vapor de agua, que sirve para disminuir la presión parcial de los hidrocarburos, favoreciendo la vaporización de los compuestos más volátiles y ayudarles a que asciendan a la zona de la columna que tenga a presión y temperatura adecuada para que se produzca el equilibrio líquido-vapor y se produzca la extracción del producto definido.

En la unidad de topping se obtienen los siguientes productos, empezando por la parte superior o cabeza de la columna:

Gas de refinería (Fuel Gas).

Es una mezcla de todos los compuestos incondensables (esencialmente hidrógeno, metano, etano y etileno), presentes de forma natural en el crudo que se está procesando. Este combustible se utiliza en refinería, después de endulzarlo (eliminarle los compuestos sulfurosos), para quemarlo en los diferentes procesos.

Gas licuado de petróleo (GLP).

Se separan sus diferentes compuestos para su venta individualizada, esencialmente propano y butano

Nafta ligera.

Se envía como carga para isomerización para mejorar su RON y MON (octanaje) y formar parte de las corrientes de gasolinas de automoción, que se formulan en el sección de mezclado "blending".

Nafta pesada.

Se envía como carga al reformado catalítico, para mejorar su RON y formar parte de las corrientes de gasolinas de automoción.

Keroseno.

Que, una vez endulzado, es la base de la producción de Kero Jet, combustible para las turbinas de los aviones.

Gas Oil Ligero.

Se envía a unidades de desulfuración, para eliminar los compuestos de azufre e incorporarlo a la mezcla de formulación de gasóleos de automoción.

Gas Oil Pesado.

Se envía a unidades de desulfuración, para eliminar los compuestos de azufre e incorporarlo a la mezcla de formulación de gasóleos de automoción.

Gas Oil Atmosférico.

Se utiliza como una de las alimentaciones a la unidad de cracking catalítico Residuo Atmosférico.

Es la fracción más pesada del crudo, por lo que se le denomina también crudo reducido y se utiliza como alimentación a la unidad de destilación a vacío

PROCESOS DE DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA DE CRUDOS Y AL VACÍOEl objetivo es extraer los hidrocarburos presentes naturalmente en el crudo por destilación, sin afectar la estructura molecular de los componentes.En las unidades de Topping, el objetivo es obtener combustibles terminados y cortes de hidrocarburos que serán procesados en otras unidades, para convertirlos en combustibles más valiosos.En las unidades de Vacío, solo se produce cortes intermedios que son carga de unidades de conversión, las cuales son transformadas en productos de mayor valor y de fácil comercialización.Fundamentos del ProcesoLa destilación o fraccionamiento, del crudo es una operación que permite separar cortes o combustibles de una mezcla compleja de hidrocarburos, como lo es el petróleo. El principio físico en el que se basa el proceso es la diferencia de volatilidad de los componentes, por tal motivo en las columnas fraccionadoras se adecuan las condiciones termodinámicas para obtener o "condensar" los combustibles perfectamente especificados.El fraccionamiento del crudo se completa en dos etapas, en primer lugar se procesa en unidades de destilación atmosférica o Topping, donde la presión de trabajo es típicamente 1

Kg/cm2. Los combustibles obtenidos por este fraccionamiento son enviados a tanques de despacho o como carga de otras unidades que completan su refinado.Gran parte del crudo procesado en los Topping no se vaporiza, ya que para lograrlo sería necesario elevar la temperatura de trabajo por sobre el umbral de descomposición térmica.Por tal motivo este residuo atmosférico, denominado crudo reducido, se bombea a la unidad de Vacío, donde se baja la presión a 20 mm Hg (típico) lo que permite destilarlo a mayores temperaturas sin descomponer la estructura molecular.Para que se produzca la "separación o fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el equilibrio entre las fases líquido-vapor, ya que de esta manera los componentes más livianos o de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y por el contrario los de mayor peso molecular predominan en la fase liquida, en definitiva se aprovecha las diferencias de volatilidad de los hidrocarburos.El equilibrio líquido-vapor, depende principalmente de los parámetros termodinámicos, presión y temperatura del sistema. Las unidades se diseñan para que se produzcan estos equilibrios en forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los combustibles especificados.Básicamente el proceso consiste en vaporizar los hidrocarburos del crudo y luego condensarlos en cortes definidos. Modificando fundamentalmente la temperatura, a lo largo de la columna fraccionadora.La vaporización o fase vapor se produce en el horno y zona de carga de la columna fraccionadora.En el Horno se transfiere la energía térmica necesaria para producir el cambio de fase y en la Zona de Carga se disminuye la presión del sistema, produciéndose el flash de la carga, obteniéndose la vaporización definitiva.La fase liquida se logra con reflujos o reciclo de hidrocarburos retornados a la torre. Estos reflujos son corrientes liquidas de hidrocarburos que se enfrían por intercambio con crudo o fluidos refrigerantes. La función u objetivo principal de estos , es eliminar o disipar en forma controlada la energía cedida a los hidrocarburos en el horno, de esta manera se enfría y condensa la carga vaporizada, en cortes o fracciones de hidrocarburos específicas, obteniéndose los combustibles correspondientes.

La columna posee bandejas o platos donde se produce el equilibrio entre los vapores que ascienden y los líquidos descendentes. En puntos o alturas exactamente calculadas existen platos colectores desde lo que se extraen los combustibles destilados.La diferencia fundamental entre las unidades de Topping y Vacío es la presión de trabajo. El Topping opera con presiones típicas de 1 Kg/cm2 (manométrica), mientras que en el Vacío trabaja con presiones absolutas de 20 mmHg. Esto

permite destilar hidrocarburos de alto peso molecular que se descompondrían o craquearían térmicamente, si las condiciones operativas normales del Topping fuesen sobrepasadas.

10.2.1 Destilación simple

La destilación simple se utiliza cuando la mezcla de productos líquidos a destilar contiene únicamente una sustancia volátil, o bien, cuando ésta contiene más de una sustancia volátil, pero el punto de ebullición del líquido más volátil difiere del punto de ebullición de los otros componentes en, al menos, 80 ºC.

El resultado final es la destilación de un solo producto, ya sea:

porque en la mezcla inicial sólo había un componente. porque en la mezcla inicial uno de los componentes era mucho más volátil

que el resto.

10.2.1.1 Destilación simple a presión atmosférica

La destilación a presión atmosférica es aquella que se realiza a presión ambiental.

Se utiliza fundamentalmente cuando la temperatura del punto de ebullición se encuentra por debajo de la temperatura de descomposición química del producto.

10.2.1.2 Destilación simple a presión reducida

La destilación a presión reducida o al vacío consiste en disminuir la presión en el montaje de destilación con la finalidad de provocar una disminución del punto de ebullición del componente que se pretende destilar.  

Se utiliza fundamentalmente cuando el punto de ebullición del compuesto a destilar es superior a la temperatura de descomposición química del producto.

Para llevar a cabo este tipo de destilación es necesario un sistema de vacío y un adaptador de vacío.

10.2.2 Destilación fraccionada

La destilación fraccionada se utiliza cuando la mezcla de productos líquidos que se pretende destilar contiene sustancias volátiles de diferentes puntos de ebullición con una diferencia entre ellos menor a 80 ºC.

Al calentar una mezcla de líquidos de diferentes presiones de vapor, el vapor se enriquece en el componente más volátil y esta propiedad se aprovecha para separar los diferentes compuestos líquidos mediante este tipo de destilación.

El rasgo más característico de este tipo de destilación es que necesita una columna de fraccionamiento.

La destilación fraccionada se puede realizar a presión atmosférica o a presión reducida, tal como se ha comentado para la destilación simple en el apartado anterior.

10.2.3 Destilación por arrastre de vapor

La destilación por arrastre de vapor posibilita la purificación o el aislamiento de compuestos de punto de ebullición elevado mediante una destilación a baja temperatura (siempre inferior a 100 ºC). Es una técnica de destilación muy útil para sustancias de punto de ebullición muy superior a 100 ºC y que descomponen antes o al alcanzar la temperatura de su punto de ebullición.

La destilación por arrastre de vapor es una técnica de destilación que permite la separación de sustancias insolubles en H2O y ligeramente volátiles de otros productos no volátiles. A la mezcla que contiene el producto que se pretende separar, se le adiciona un exceso de agua, y el conjunto se somete a destilación. En el matraz de destilación se recuperan los compuestos no volátiles y/o solubles en agua caliente, y en el matraz colector se obtienen los compuestos volátiles y insolubles en agua. Finalmente, el aislamiento de los compuestos orgánicos recogidos en el matraz colector se realiza mediante una extracción.

Fundamento teórico de la destilación por arrastre de vapor:

En una mezcla formada por dos líquidos inmiscibles, A y B, la presión de vapor total a una temperatura determinada es igual a la suma de las presiones de vapor que tendrían, a esta temperatura, ambos componentes sin mezclar, es decir, que cada componente ejerce su propia presión de vapor independientemente del otro (PT = PA + PB).

La mezcla hervirá a aquella temperatura en la cual la presión de vapor total sea igual a la presión externa. Además esta temperatura se mantiene constante durante toda la destilación y es inferior a la de A y a la de B.